溶液製程無機奈米結構應用在有機太陽能電池之陰極修飾

Applying Cathode Modification on Inverted Polymer Solar Cells with Nanostructures through Solution Process

高佳佑(Chia-Yu Kao)

指導教授 ： 林清富

國立臺灣大學/電機資訊學院/電子工程學研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2013.10607

摘要

在第一個部分的結果，我們提出了一個使用溶液製成製作氧化鋅奈米柱陣列提升倒置太陽能電池效率的方法。可以藉由低溫、低成本且可以大面積溶液製成的方法製作ITO與PBDTTT-C-T:PC71BM主動層之間的緩衝層，並藉由調變製作的時間可以改變此緩衝層的形貌。最佳化的氧化鋅奈米柱陣列使用60mM濃度的HMT與硝酸鋅溶液在90℃的環境下製作75分鐘，主要的原因為此參數製作的氧化鋅奈米柱陣列之形貌可以使PBDTTT-C-T:PC71BM主動層滲入的體積最大化，並找出一個模型來量化額外滲入的主動層體積，藉此可以將元件的吸光能力量化並提升並且使短路電流上升。在這個條件之下元件的效率可以使沒有長氧化鋅奈米柱的效率5.57%提升到7.16%。
在第二個部分中，我們使用PFN作為提升元件填充因子來提升倒置結構有機太陽能電池的效率。無論平面或是有氧化鋅奈米柱結構的PBDTTT-C-T有機太陽能電池元件，皆可以利用在塗佈主動層之前預先塗上一層PFN來提升FF而提收效率。平面的氧化鋅為電子傳輸層的元件其FF可以從無PFN的55.3%提升到58.5%。而有製作氧化鋅奈米柱的元件PFN可以影響FF從57.1%提升到61.0%。因此結論上來說，製作氧化鋅奈米柱可以提升PBDTTT-C-T元件的短路電流可以將元件的短路電流13.1mA/cm2提升到16.8mA/cm2。而在有製作奈米柱的元件上預先塗布PFN可以提升FF進而提升效率使得效率從7.14%提升到7.46%。
在第三個部分，使用氧化鋅奈米柱以及PFN作為陰極修飾中介層配合新穎低能隙材料PTB7的研究中，我們以循序漸進的方式最佳化氧化鉬的厚度、藉由控制硝酸鋅與HMT的比例以及主動層厚度的最佳化可以將ITO/ZnO NR/PFN/PTB7:PC71BM/MoOx/Ag此結構的倒置太陽能電池效率提升至7.94%

關鍵字

氧化鋅奈米柱 ； 有機太陽能 ； 倒置結構 ； 溶液製程

並列摘要

無資料

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ZnO nanorods ； ploymer solar cell ； inverted structure ； solution process

參考文獻

第一章

[1] 高涌泉, “形上集:時間的方向”, 科學人雜誌, NO. 59, 2006.

[2] Ken Zweibel, James Mason and Vasilis Fthenakis, “太陽能，美國夢”, 科學人雜誌,

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[3] M. A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa and W. Warta, "Solar cell efficiency tables (version 36)," Progress in Photovoltaics 18, 346-352 (2010).